Лекции по учебной дисциплине "Тампонажные композиции" вве­дены в высшие учебные заведения для подготовки бакалавров и инженеров

Тампонажный портландцемент
Тампонажный портландцемент представляет собой разновидность силикатного цемента. Это продукт, состоящий из смеси измельчен­ных материалов заданного минерализованного состава. Основная часть портландцемента - клинкер, который получается обжигом специальной смеси известняка и глины (мергеля) до спекания (температура примерно 1450 С) входящих в ее состав компонентов. Известь (мель, известняк) при обжиге дает окись кальция, глина является источником кремнезема (SiO₂), глинозема (Al₂O₃) и окиси железа (Fe₂O₃).
При помоле к клинкеру добавляют 3-6 % гипса для регулирова­ния структурообразования цементного раствора и повышения на­чальной прочности цементного камня. Вводят также 10-15% мине­ральных добавок - шлака, трепела, опоки, известняка, песка и др. Они способствуют улучшения некоторых свойств раствора и камня и обеспечивают экономию дорогостоящего клинкера.
Состав клинкера
Тампонажный протландцемент (клинкер) состоит из окислов, основные из которых следующие ( в %):
Окись кальция ................... 60-66
Кремнезем ................... 18-25
Глинозем ................... 4-8
Окись железа ................... 0,5-5,0
В зависмости от процентного содержания указанных окислов существенно изменяются свойства тампонажного раствора и камня.
Активные свойства тампонажного портландцемента определяются в основном химически связанной окисью кальция ( ) с кремнезе­мом, глиноземом и окисью железа.
Кремнозем способствует образованию селикатов кальция и алю­миния, придает цементу гидравлические свойства, т.е. способность затвердевать и длительное время работать водной среде. Увеличение ...... приводит к некоторому замедлению сроков схва­тывания тампонажных растворов в комнатных условиях и повышает сульфатостойкость цементного камня.
Глинозем способствует ускорению сроков схватывания цемент­ного раствора и понижает прочностью камня.
Увеличение окиси железа в цементе приводит к замедлению процесса схватывания тампонажных растворов и снижает раннюю прочность цементного камня.
В качестве примесей в портландцементе содержатся еще неко­торые окислы (в % ):
MgO................. 0,1-5, TiO₂................ 0,2-0,55
K₂O+Na₂O.........0,5-1,3 P₂O₅ ................ 0,1-0,3
SO₃................. 0,3-1, MnO................ 0,5-3,5
Окись магния в избыточных количествах (более 4,5%) вызывает увеличение объема и разрушения твердеющего цементного камня, что объясняется тем, что MgO, находясь в химически не связанном состоянии в клинкере, медленно гидратируется (вступает во взаимодействие с водой) в то время, когда раствор уже затвердел.
Двуокись титана в количестве 4-5% при соответствую­щем уменьшении содержания кремнезема повышает проч­ность камня из этого цемента.
Закись марганца MnO в количестве до 4 % и фосфорный ангидрид до 1-2% не оказывают вреднего действия на свойства раствора и камня, но P₂O₅ способствует замедлению сроков схватывания при нормальных условиях.
Содержание натриевой и калиевой щелочей в количестве более 0,3-0,4% нежелательно, так как приводит к резким колебаниям процессов схватывания раствора.
Свободная, т.е. химически не связанная, окись кальция явля­ется вредной составляющей. Она появляется в клинкере в резуль­тате незавершенности процесса клинкерообразования вследствие неправильного составления сырьевой смеси, недостаточной ее го­могенности и несовершенного обжига. Свободная СаО , обожжен­ная при температуре клинкерообразования, гидратируется значи­тельно медленнее, чем основные соединения клинкера. В процессе ее гидратации в уже затвердевшем цементномкамне в последнем по­являются внутренние напряжения, приводящие к неравномерности изменения объема. Для предотвращения указанных отрицательных последствий содержание свободной окиси кальция не должно превы­шать 1,0%.
К вредным составляющим клинкера относится также и свободная окись магния (.....), которая также весьма медленно гидратирует после обжига при температуре спекания и может вызвать неравно­мерное изменение объема цементного камня.
При обжиге до температуры спекания (около 1450⁰С)все пере­численные окислы, вступая во взаимодействие друг с другом, об­разуют искусственные минералы, называемые клинкерными.
Согласно классификации С. Д. Окорокова, в минералогическом отношении силикатные цементы, к которым относятся портландце­менты, представляют смесь минералов - силикатов и минералов - плавней в соотношении примерно 3:1.
Кроме минералов, в силикатном цементе содержится стекловид­ная масса, представляющая собой эвтективческий расплав, из ко­торого не успели выделиться минералы ввиду быстрого охлаждения цементного клинкера. Количество ее составляет 5-12%. Стекло состоит в основном из не закристаллизовавшихся ферритов, алюмина­тов, двухкальциевого силиката, щелочных соединений, части со­держащейся в клинкере окиси магния.
К важнейшим минералам относятся алит и белит. Алит состоит в основном из трехкальциевого силиката. Белит предс­тавляет собой одну из модификаций двузкальциевого силиката. Промежуточное вещество состоит в основном из целита (алюмоферрит кальция). Оно заполняет промежутки между кристал­лами калита и белита.
Свойства тампонажных портландцементов определяются в значи­тельной степени важнейшими минералами, к которым относятся: трехкальциевый силикат двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат, четы­рехкальциевый алюмоферрит.
Вопросы:
1. На какие классы можно поделить тампонажные цементы?
2. Из каких основных окислов состоит клинкер?
3. Какие методы определения состава клинкера вы знаете?